變電站過程層通信技術研究范文

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一、智能化變電站過程層通信技術

1.1智能化變電站過程層交換機的性能要求。交換機吞吐量相當于端口速率與端口數量的乘積，在滿負荷下交換機端口吞吐量與端口的速率相等，在全線速轉發條件下交換機的丟包率應為零。過程層交換機在轉發數據幀時，應支持電力相關協議數據的轉發功能，能夠實現基于IP/MAC地址的數據幀過濾功能，支持廣播風暴、組播風暴以及未知單播風暴等網絡風暴抑制功能。此外，過程層交換機還應具有支持包括GMRP二層動態MAC地址的配置組播功能，并能夠按照智能變電站自動化系統需求進行組網和管理，包括一對一、多對一端口鏡像功能等。

1.2智能化變電站過程層交換機存在的問題。現有智能變電站所采用的交換機SMV網報文數據量很大，通常每個端口的流量能達到6Mbit/s，在同時對多個合并單元數據進行接收時，將會產生更大的端口流量，對于需要所有報文都進行傳輸的級聯端口而言，報文會達到滿限，而采取百兆交換機構成的合并單元卻難以滿足傳輸延時以及帶寬的要求，因此需要對智能變電站交換機的測試、組播管理、網絡風暴抑制及傳輸延時進行分析。

二、智能變電站以太網交換機的測試分析

2.1智能變電站交換機測試的關鍵技術和難點。目前已擁有較為成熟的工業以太網交換機測試標準與方法，并且OSI七層模型中數據鏈路層（如MMS報文等）大多都會通過變電站智能一、二次設備傳輸，但隨著IP網絡設備的功能日益復雜，不同幀格式及包長的數據穿插于網絡信道之中，使得在模擬完整的智能變電站實際網絡時，需要從包長的選擇、數據包發送時間、數據包發送速率等多方面來進行考慮，而上述復雜的測試技術，需通過對所要測試變電站的數據進行采樣分析及構造數據流等，才能使得所測試的網絡數據交換性能更為貼近實際。

2.2智能變電站交換機測試的方法策略。為能更加真實地模擬智能變電站中的網絡數據交換，并有效處理網絡數據交換測試中所遇到的難點，一般需在加壓環境下對交換機性能及功能進行測試，并且還應具有以下幾個要求：首先，需保證測試儀表的時間精度足夠高、抖動較小且測試結果精確穩定；其次，采取全網狀的方式來進行組網測試，同時為使交換機的流量達到最大，需采取逐漸增大數據流的數據量及組合方式等措施；再次，在電磁兼容、溫度影響等環境測試中驗證交換機功能及性能時，應選擇端口自環的測試拓撲方式（如圖1所示）；最后，為構造更趨于實際的測試模型，在對智能變電站網絡數據流量模擬過程中，需要進行實地采樣，同時還應逐條構造包長及包類型，并根據站內的網絡拓撲和變化中的包間隔，對雪崩等網絡實際情況進行有效模擬。

三、智能變電站過程層交換機的網絡風暴抑制及傳輸延時

3.1智能變電站過程層交換機的網絡風暴抑制。通常情況下，BC廣播、MC組播以及DIF未知地址單播等數據幀可能引起網絡風暴，其在整個網絡上進行廣播時，搶占大量的網絡帶寬，使得整個以太網的網絡性能大幅度降低，嚴重者將造成交換機接收的數據幀毫無意義，甚至可能導致整個網絡設備癱瘓，所以必須要對網絡風暴進行抑制。對于不同的交換機來說，網絡風暴抑制機制既可從抑制輸入端口方面著手，也可選擇從抑制輸出端口開始，其中選擇前者是從源頭上對網絡風波的產生進行有效抑制，從而能有效降低網絡風暴對交換機正常數據幀交換的影響，因而將該方式作為智能變電站首選的抑制機制。當前普遍采取網絡風暴的抑制策略所設置的顆粒為62.5kbps，其主要原理是通過設置使得流量在每秒開始時全部以線速輸出，其后的輸出數據幀不受任何抑制作用，從而在此過程中，將不會產生瞬間的網絡風暴，也不會對網絡裝置造成太大影響

3.2智能變電站過程層交換機的傳輸延時。保護跳閘信號由于實時性要求較高，常規變電站往往通過電纜傳送，但是在智能變電站中保護裝置先形成GOOSE跳閘命令報文，然后通過交換機傳送至智能一次設備，因此需對變電站過程層傳輸延時進行分析。一般來說交換機采取存儲轉發延時和直通延時兩個指標來對自身的延時情況加以展示。存儲轉發延時，是指將輸入幀的最后一位到達輸入端口的時間、輸入幀的第一位到達輸出端口的時間，分別作為計時開始及結束時間，其中的時間間隔便為存儲轉發延時；直通延時，是指將輸入幀的第一位到達輸入端口的時間、輸出幀的第一位到達輸出端口的時間，分別作為計時的開始及結束時間，其中的時間間隔即為直通延時。當前普遍采取減少交換機級聯次數的方式來減少過程層網絡的傳輸延時。

四、結語

目前主要采取一些特殊限制來滿足智能化變電站實際工程的應用要求。首先，盡可能利用同一臺交換機將保護、測控裝置以及與之對應的合并單元接入SMV網絡；其次，采取劃分VLAN或GMRP網絡協議的辦法對各個端口無用的報文流量進行限制；再次，為增加各個交換機間報文傳輸的帶寬，應在級聯端口采取千兆端口的交換機網路；最后，采取減少交換機級聯次數的方法來減少各個交換機間報文傳輸流量和傳輸延時，此外還可采取802.1P的Qos服務來達到減少GOOSE報文傳輸延時等。

作者：劉斌單位：廣西電網電力調度控制中心